基于單片機(jī)控制單相交流調(diào)功器的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2013年 12月 15 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 電氣工程課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題目

2、 基于單片機(jī)控制單相交流調(diào)功器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　主要內(nèi)容：</b></p><p>　　基于單片機(jī)的單相交流調(diào)功器主要分為四大模塊：信號(hào)放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、調(diào)功電路。工作流程：來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大?？斓膬杉?jí)放大輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊在調(diào)功器啟動(dòng)的時(shí)候已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，

3、此時(shí)它接受到了信號(hào)在單片機(jī)的配合下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換工作，轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)單片機(jī)傳送到調(diào)功模塊，這個(gè)信號(hào)跟調(diào)功模塊的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，輸出到光耦合器件，通過(guò)光耦合器件控制驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大，從而驅(qū)動(dòng)控制晶閘管的通斷，達(dá)到對(duì)負(fù)載調(diào)功的目的。</p><p><b>　　參考資料：</b></p><p>　　[1] 王 鑫，李 威.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：電

4、子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[2] 范永勝，王 岷.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，2007</p><p>　　[3] 魯遠(yuǎn)東.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2010</p><p>　　[4] 張華宇.數(shù)控機(jī)床電氣及PLC控制技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2010</p><p>　　[

5、5] 肖 峰，賀哲榮.PLC編程100例. 北京：中國(guó)電力出版社，2009</p><p>　　完成期限 2013.12.2至2013.12.15 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　專業(yè)負(fù)責(zé)人 </p><p>　　20

6、13年 12 月 15 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求1</b></p><p>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1</p><p><b>　　3 方案論證1</b></p><p>　　3.1 信號(hào)

7、放大典論1</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換模式2</p><p><b>　　3.3 單片機(jī)3</b></p><p>　　3.4 調(diào)功電路3</p><p><b>　　4 最佳方案4</b></p><p><b>　　5 硬件設(shè)計(jì)6<

8、/b></p><p>　　5.1 信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)6</p><p>　　5.2 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　5.3 單片機(jī)對(duì)AD574的控制7</p><p>　　5.4 調(diào)功電路的設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　6 結(jié)論10</b></p>&

9、lt;p>　　附錄一....................................................................................................................13 </p><p>　　附錄二.........................................................

10、............................................................14</p><p>　　附錄三.....................................................................................................................15</p>&

11、lt;p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1．對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。</p><p>　　2. 畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程。</p><p>　　3. 對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。</p><p>　　3. 畫出整體電路原理圖，圖

12、紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于單片機(jī)的單相交流調(diào)功器，顧名思義是要通過(guò)單片機(jī)編程控制實(shí)現(xiàn)交流調(diào)功。通常來(lái)自傳感器的信號(hào)是伏級(jí)的模擬信號(hào)，而單片機(jī)的接口電壓為+5V

13、，因此需要一個(gè)信號(hào)放大電路和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)通過(guò)放大轉(zhuǎn)換之后輸送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行指令，控制輸出脈沖，通過(guò)脈沖驅(qū)動(dòng)主電路晶閘管，從而達(dá)到調(diào)功的目的。系統(tǒng)框圖如圖1.1所示：</p><p>　　圖1-1基于單片機(jī)的單相交流調(diào)功器設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3 方案論證</b></p><p>　　3.1 信號(hào)放大典論&l

14、t;/p><p>　　通信系統(tǒng)中使用的小信號(hào)放大器分為兩類，一類是諧振放大器，諧振放大器都是選頻的窄帶放大器，并聯(lián)諧振回路、耦合諧振回路和各種固體濾波器是其負(fù)載。諧振放大器的主要參數(shù)除了電壓放大倍數(shù)（增益）、輸入阻抗、輸出阻抗外，通頻帶和選擇性是有別于其它放大器的重要的參數(shù)。另一類是寬帶放大器，實(shí)用中的寬帶放大器多為集成放大器。</p><p>　　分離元件的諧振放大器通常采用y參數(shù)等效電路來(lái)

15、分析計(jì)算，單管單調(diào)諧放大器和單管雙調(diào)諧放大器的分析計(jì)算是本章的重點(diǎn)，這一章要注意計(jì)算公式的靈活應(yīng)用。小信號(hào)放大器能否穩(wěn)定工作是電路設(shè)計(jì)和調(diào)整中必須考慮的問題，但是穩(wěn)定性涉及的問題比較多，計(jì)算只能為電路調(diào)整指一個(gè)方向，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行仔細(xì)地調(diào)整。</p><p>　　集成寬帶放大器+集中選頻濾波器是目前小信號(hào)放大器的方向。寬帶放大器也存在穩(wěn)定工作的問題，當(dāng)頻率比較高時(shí)，需要認(rèn)真考慮阻抗匹配問題。</p&g

16、t;<p>　　在本系統(tǒng)中放大電路可以采用集成芯片，集成放大芯片具有精度高、穩(wěn)定性好、輸入阻抗高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。可以采用的芯片有AD620、OP725、OP07等。</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換模式</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換的作用是將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換要經(jīng)過(guò)取樣、保持、量化及編碼4個(gè)過(guò)程。在實(shí)際電路中

17、，這些過(guò)程有的是合并進(jìn)行的。一般取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類繁多的A/D轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD碼的31/2位、51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤330ns），次超高速（330~3.3μs），高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間3.3~333μs），低速（

18、轉(zhuǎn)換時(shí)間＞330μs）等。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。所謂直接A/D轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者多；間接A/D轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換型（積分型），電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型A/D轉(zhuǎn)

19、換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，切能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。</p><p>　　位數(shù)越高，分辨率越高。若小于最小變化量的輸入模擬電壓的任何變化，將不會(huì)引起輸出數(shù)字值的變化。 采用12-bit 的AD574，若是滿刻度為10V的話，分辨率即為10V / 212 = 2.44mV。 而常用的8-bit 的ADC0804，若是滿刻度為5V的話，分辨率即為5V / 28 = 19.53mV。 選擇適用的A/D轉(zhuǎn)

20、換器是相當(dāng)重要的，并不是分辨率越高越好。 不需要分辨率高的場(chǎng)合，所擷取到的大多是噪聲。 分辨率太低，會(huì)有無(wú)法取樣到所需的信號(hào)。 （1）轉(zhuǎn)換誤差 通常以相對(duì)誤差的形式輸出，其表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出數(shù)字值與理想輸出數(shù)字值的差別，并用最低有效位LSB的倍數(shù)表示。 （2）轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是A/D轉(zhuǎn)換完成一次所需的時(shí)間。 從啟動(dòng)信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束并得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出值為止的時(shí)間間隔。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短則轉(zhuǎn)換速度就越快。

21、（3）精準(zhǔn)度 </p><p>　　對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器，精準(zhǔn)度指的是在輸出端產(chǎn)生所設(shè)定的數(shù)字?jǐn)?shù)值，其實(shí)際需要的模擬輸入值與理論上要求的模擬輸入值之差。 常用的芯片有：AD574、MC14433、AD7711A</p><p><b>　　3.3 單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)

22、把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)的性能要求不是很高，用STC51的單片機(jī)就可以。</p><p><b>　　3.4 調(diào)功電路<

23、/b></p><p>　　調(diào)功是應(yīng)用晶閘管及其觸發(fā)控制電路用于調(diào)整負(fù)載功率。一般調(diào)功電路由四個(gè)部分：電壓比較、控制電路、驅(qū)動(dòng)放大、主電路。過(guò)零電壓比較電路由整流電路和電壓比較器組成，通過(guò)整流將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將該直流電輸入到電壓比較芯片與比較電壓進(jìn)行比較運(yùn)算，輸出方波脈沖。輸出脈沖經(jīng)過(guò)放大驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)通。</p><p>　　運(yùn)放可以做比較器電路，但性能較好的比較器比通用運(yùn)放

24、的開環(huán)增益更高，輸入失調(diào)電壓更小，共模輸入電壓范圍更大，壓擺率較高(使比較器響應(yīng)速度更快)。另外，比較器的輸出級(jí)常用集電極開路結(jié)構(gòu)，如圖6所示，它外部需要接一個(gè)上拉電阻或者直接驅(qū)動(dòng)不同電源電壓的負(fù)載，應(yīng)用上更加靈活。但也有一些比較器為互補(bǔ)輸出，無(wú)需上拉電阻。</p><p>　　比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時(shí)間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運(yùn)放的參數(shù)相同。在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來(lái)作比較

25、器電路。如在A/D變換器電路中要求采用精密比較器電路。</p><p>　　其中電壓比較器可以選擇：LM393、LM339、OP07、OP27等。</p><p><b>　　4 最佳方案</b></p><p>　　放大電路采用集成芯片AD620，AD620具有精度高、噪聲低、使用簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在1號(hào)管腳和8號(hào)管腳之間串接一個(gè)電位器就可以調(diào)

26、整放大倍數(shù)。其3號(hào)腳為信號(hào)輸入腳，6號(hào)腳為信號(hào)輸出腳，4號(hào)和7號(hào)管腳分別接-5V和+5V直流電源，其它的腳都接地。最大增益可達(dá)1000倍。AD620放大倍數(shù)的計(jì)算公式為。通過(guò)調(diào)整電位器R可以調(diào)節(jié)其放大倍數(shù)AD620的管腳示意圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 AD620的管腳示意圖</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換采用芯片AD574，AD574A是美國(guó)模擬數(shù)字公司（Analog

27、）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　AD574A的部分引腳說(shuō)明：</p><p>　　[1] Pin1(+V)——+5V電源輸入端。</p><p>　　[2].Pin2(

28、)——數(shù)據(jù)模式選擇端，通過(guò)此引腳可選擇數(shù)據(jù)是12位或8位輸出。</p><p>　　[3].Pin3()——片選端。</p><p>　　[4].Pin4(A0)——字節(jié)地址短周期控制端。與端用來(lái)控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，端TTL電平不能直接+5V或0V連接。</p><p>　　[5].Pin5()——讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 </p>

29、<p>　　[6].Pin6(CE)——使能端。</p><p>　　其引腳圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 AD620引腳圖</p><p>　　由于本系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)的性能要求不高，本次使用STC89C51單片機(jī)，其引腳圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3STC89C51RC引腳示意圖</p>

30、;<p>　　在本系統(tǒng)中調(diào)功電路的電壓比較可以用OP07，OP07具有極低的輸入失調(diào)電壓（OP07E的最大值為75 µV），通過(guò)在晶圓階段執(zhí)行調(diào)整而獲得，而且這種低失調(diào)電壓一般不需要進(jìn)行任何外部零點(diǎn)校準(zhǔn)。此外還具有低輸入偏置電流（OP07E為±4 nA）和高開環(huán)增益（OP07E為200 V/mV）特性。</p><p>　　OP07芯片引腳功能說(shuō)明：1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，3

31、為反向輸入端，2為正向輸入端，4接地，5空腳 7為輸出，6接電源。OP07的引腳示意圖如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4OP07的引腳示意圖</p><p><b>　　5 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 信號(hào)放大器的設(shè)計(jì)</p><p>　　AD620芯片通過(guò)在1號(hào)引腳和8號(hào)引腳之間串接電阻，

32、達(dá)到調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的目的，AD620的最大放大倍數(shù)為1000倍，由于AD620放大倍數(shù)越大，誤差就越大，故本電路用了兩片AD620形成二級(jí)放大，其中U1放大50倍，U2的放大倍數(shù)通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。信號(hào)放大電路如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1信號(hào)放大電路圖</p><p>　　5.2 A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)</p><p>　　AD574A是高速12位逐次比

33、較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。其應(yīng)用電路如圖5-2所示：</p><p>　　圖5-2AD574輸入信號(hào)的雙極性接法</p><p>　　5.3 單片機(jī)對(duì)AD574的控制</p><p>　　模擬量從10VIN或20

34、VIN輸入，輸入極性由REFIN，REFOUT和BIPOFF的外部電路確定。不論輸入模擬量是單極性還是雙極性，均按從小到大的順序?qū)⑤斎肽M量變換為數(shù)字量000H～FFFH。</p><p>　　對(duì)單極性的模擬量， 0伏對(duì)應(yīng)000H,最大電壓值對(duì)應(yīng)FFFH，對(duì)雙極性的模擬量，負(fù)幅值對(duì)應(yīng)0，0伏對(duì)應(yīng)800H，正幅值對(duì)應(yīng)FFFH。如果把轉(zhuǎn)換結(jié)果減去800H，可以得到與模擬量極性與大小對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。0-800H=800H

35、(負(fù)幅值)，800H-800H=0（零值）FFFH-800H=7FFH（正幅值）。REFIN：片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸入線；BIPOFF：極性調(diào)節(jié)線。</p><p>　　AD574A的初始化以中斷方式編程如下：</p><p><b>　　ORG0003H</b></p><p>　　LJMPINTS0</p><p>　　

36、ORG0100H；主程序</p><p>　　MOVR0,#30H；設(shè)定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址</p><p>　　MOVDPTR,#5FFFH；AD574A的啟動(dòng)地址</p><p>　　SETBIE.2；外部中斷1允許</p><p>　　SETBIE.7；開CPU中斷</p><p>

37、;　　MOVX@DPTR,A；啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換</p><p><b>　　ORG1000H</b></p><p>　　INTS0: MOV DPTR，#5FFEH；準(zhǔn)備數(shù)據(jù)高8位地址</p><p>　　MOVX A,@DPTR；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的高8位</p><p>　　MOV@R0,A；存

38、A/D轉(zhuǎn)換值的高8位數(shù)據(jù)</p><p>　　INCDPTR；準(zhǔn)備數(shù)據(jù)低4位地址</p><p>　　INCR0；調(diào)整數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針</p><p>　　MOVXA,@DPTR；讀入A/D轉(zhuǎn)換值的低4位</p><p>　　MOV@R0,A；保存低4位數(shù)據(jù)</p><p>　　RETI

39、；中斷返回</p><p>　　5.4 調(diào)功電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　所謂調(diào)功就是通過(guò)控制晶閘管的通斷周期來(lái)控制負(fù)載上的功率。一般的調(diào)功電路分為四個(gè)部分：電壓比較、控制電路、驅(qū)動(dòng)放大、主電路。</p><p>　　過(guò)零電壓比較電路由整流電路和電壓比較器組成，通過(guò)整流將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將該直流電輸入到電壓比較芯片OP07的正極與負(fù)極的輸入比較電壓進(jìn)行

40、比較運(yùn)算，輸出方波脈沖。調(diào)節(jié)與OP07負(fù)極相連的滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比。過(guò)零電壓比較電路如圖5-3所示：</p><p>　　圖5-3過(guò)零電壓比較電路</p><p>　　控制電路由兩個(gè)非門和兩個(gè)與非門組成，其中U1A接收來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)，U2A接收過(guò)零電壓比較器的輸出信號(hào)，U3、U4的輸出連接到驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)且僅當(dāng)U1A、U2A的輸入信號(hào)同時(shí)為低電平時(shí)U3、U4的輸出才是低電平

41、，其它情況U3、U4的輸出都為高電平?？刂齐娐啡鐖D5-4所示：</p><p><b>　　圖5-4控制電路</b></p><p>　　由于從與非門輸出的信號(hào)不足以驅(qū)動(dòng)晶閘管的導(dǎo)通，因此需要驅(qū)動(dòng)放大電路對(duì)控制電路的輸出信號(hào)進(jìn)行放大。驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)光耦合器件與控制電路連接。由于主電路有兩個(gè)方向并聯(lián)的晶閘管，所以在實(shí)際的電路中，有兩個(gè)相同的驅(qū)動(dòng)電路。其電路圖如圖5-5所示

42、：</p><p>　　圖5-5驅(qū)動(dòng)放大電路</p><p>　　主電路由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管串接負(fù)載組成。主電路的輸入電壓為220V的交流電壓，晶閘管的控制端接驅(qū)動(dòng)電路的輸出。當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通周期不同，負(fù)載上的功率也不同。主電路如圖5-6所示：</p><p><b>　　圖5-6主電路</b></p><p><

43、b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程與自動(dòng)化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國(guó)工業(yè)的整體面貌。同時(shí)，對(duì)社會(huì)的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合，它正向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。</p><p>　　課程

44、設(shè)計(jì)是工科學(xué)生十分重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程的理論知識(shí)和專業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)水平的重要依據(jù)。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的課題是單片機(jī)控制單相交流調(diào)功器的設(shè)計(jì)，整個(gè)課程設(shè)計(jì)計(jì)劃在四周之內(nèi)完成，第一周指導(dǎo)老師對(duì)這個(gè)

45、課程設(shè)計(jì)做了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹，講解了本課程設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)關(guān)鍵部分，并對(duì)發(fā)布了課程設(shè)計(jì)的任務(wù)書。經(jīng)過(guò)幾天的小組討論與研究，明確了設(shè)計(jì)原理與要求，最終確定了這次設(shè)計(jì)的總體方案，下面就本次課程設(shè)計(jì)——單片機(jī)控制單相交流調(diào)功器的原理作一詳細(xì)介紹。</p><p>　　基于單片機(jī)的單相交流調(diào)功器主要分為四大模塊：信號(hào)放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、調(diào)功電路。</p><p>　　信號(hào)放大

46、模塊采用集成芯片AD620作為主芯片，AD620具有精度高、噪聲低、使用簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)在1號(hào)管腳和8號(hào)管腳之間串接一個(gè)電位器就可以調(diào)整放大倍數(shù)。信號(hào)增益在1~1000倍之間，由于AD620放大倍數(shù)越大，誤差就越大，故本電路用了兩片AD620形成二級(jí)放大，其中U1放大50倍，U2的放大倍數(shù)通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于對(duì)于不同類型的傳感器，其輸出信號(hào)的電壓伏值不一樣，因此對(duì)放大電路的放大倍數(shù)的要求也就不同，所以需要通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)，測(cè)試整定最

47、佳放大倍數(shù)。從而擴(kuò)展了本調(diào)功器的對(duì)不同電路的適應(yīng)性，降低了輸出信號(hào)的失真度 。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊采用芯片AD574，AD574A是美國(guó)模擬數(shù)字公司推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。AD574采用雙極性接法，能夠兼容不同極性的

48、輸入信號(hào)，通過(guò)對(duì)AD574的CE、R／C、12／8、A0腳的同時(shí)控制，設(shè)定輸出信號(hào)的位數(shù)。</p><p>　　單片機(jī)采用STC89C51,STC公司的單片機(jī)主要是基于8051內(nèi)核,是新一代增強(qiáng)型單片機(jī),指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,速度快8~12倍,帶ADC,4路PWM,雙串口,有全球唯一ID號(hào),加密性好,抗干擾強(qiáng)。單片機(jī)在本系統(tǒng)中起著重要的作用，它是本系統(tǒng)數(shù)字運(yùn)算的核心，需要完成PID運(yùn)算、對(duì)AD574的初始

49、化、完成對(duì)模擬信號(hào)的采集和數(shù)字信號(hào)的輸出、完成調(diào)功脈沖波形的調(diào)整。</p><p>　　調(diào)功電路是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所謂調(diào)功就是通過(guò)控制晶閘管的通斷周期來(lái)控制負(fù)載上的功率。一般的調(diào)功電路分為四個(gè)部分：電壓比較、控制電路、驅(qū)動(dòng)放大、主電路。過(guò)零電壓比較電路由整流電路和電壓比較器組成，通過(guò)整流將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將該直流電輸入到電壓比較芯片OP07的正極與負(fù)極的輸入比較電壓進(jìn)行比較運(yùn)算，輸出脈沖經(jīng)過(guò)放大驅(qū)動(dòng)晶閘管導(dǎo)

50、通。在這個(gè)過(guò)程中電壓比較器的輸出信號(hào)需要與來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，最終輸出到光耦合器件，通過(guò)光耦合器件來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路的通斷從而驅(qū)動(dòng)晶閘管的導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)上訴四個(gè)模塊結(jié)合在一起工作時(shí)就是一個(gè)完整的單片機(jī)控制的單相交流調(diào)功器，它的工作流程是這樣子的：來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大?？斓膬杉?jí)放大輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊在調(diào)功器啟動(dòng)的時(shí)候已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，此時(shí)它接受到了信號(hào)在單片機(jī)的配合下進(jìn)行

51、A/D轉(zhuǎn)換工作，轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)單片機(jī)傳送到調(diào)功模塊，這個(gè)信號(hào)跟調(diào)功模塊的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，輸出到光耦合器件，通過(guò)光耦合器件控制驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大，從而驅(qū)動(dòng)控制晶閘管的通斷，達(dá)到對(duì)負(fù)載調(diào)功的目的。</p><p>　　通過(guò)這個(gè)專業(yè)方向的課程設(shè)計(jì)，加深了對(duì)自動(dòng)化專業(yè)課程的理解，加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用能力，對(duì)電路的設(shè)計(jì)思路有了更清晰的認(rèn)識(shí)。由于個(gè)人水平有限和時(shí)間關(guān)系，本課程設(shè)計(jì)還有不足的地方，懇請(qǐng)老師指正。<

52、/p><p><b>　　參考文摘</b></p><p>　　[1]李群芳 張士軍 黃建.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)(第3版).北京.電子工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[2] 于海生.計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[3]王兆安 劉進(jìn)軍. 電力電子技術(shù)(第5版). 北京.機(jī)械

53、工業(yè)出版社.2009</p><p>　　[4] 袁東. 51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)戰(zhàn)手冊(cè).電子工業(yè)出版社. 北京.電子工業(yè)出版社.2011</p><p>　　[5] 宋立博 李勁松 費(fèi)燕.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì). 上海.上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.2011</p><p>　　[6] 郝成.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)——工業(yè)控制工程應(yīng)用理論與實(shí)踐. 北京.電子工業(yè)出版社.201

54、1</p><p>　　[7] 王威 主編《工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化》 科學(xué)出版社.</p><p>　　[14]Ostrirov,VN. Experience of design and application of the complete energy saving electric drives in systems of town’s water supply and fe

55、culence water pump. Elektrichestvo, 2003(4):68-71</p><p>　　[15]Lewis B W,candello M R.variable frequency drive(VFD)technology is here and it works:a comparison of prevailing control technologies.Journal of t

56、he New England water works Association,1998,112(3):227-240</p><p><b>　　附錄一：</b></p><p>　　信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)接口電路</p><p><b>　　附錄二：</b></p><p><b>

57、;　　調(diào)功電路</b></p><p><b>　　附錄三</b></p><p><b>　　程序清單：</b></p><p>　　sbit ad_status = P3^3;</p><p>　　uchar xdata ad_convert _at_ 0x6000; //開始轉(zhuǎn)換&

58、lt;/p><p>　　uchar xdata ad_read_hi _at_ 0x6002; //讀取高字節(jié)</p><p>　　uchar xdata ad_read_lo _at_ 0x6003; //讀取低字節(jié)</p><p>　　uint ad_1674 (void)</p><p><b>　　{</b><

59、/p><p><b>　　union adc</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint adcc;</p><p>　　uchar ad[2];</p><p><b>　　};</b></p><p&

60、gt;　　union adc add;</p><p>　　ad_convert=0xff;</p><p>　　while(ad_status);</p><p>　　add.ad[0]=ad_read_hi;</p><p>　　add.ad[1] =ad_read_lo;</p><p>　　add.adcc=a

61、dd.adcc>>4;</p><p>　　return add.adcc;</p><p>　　}ORG 0000H</p><p>　　AJMP MAIN ;主程序</p><p><b>　　ORG 0013H</b></p><p>　　LJMP XAD ;中斷1 A/D采樣子

62、程序</p><p>　　;*********************************************</p><p>　　;* 初始化 ad574a程序 *</p><p>　　;*********************************************</p><p><b>　　ORG 0030

63、H</b></p><p>　　MAIN: MOV SP,#60H ;設(shè)置堆棧</p><p><b>　　;SETB EA</b></p><p><b>　　clr ie1</b></p><p><b>　　SETB IT1</b></p>&l

64、t;p>　　START: LCALL MNLCJ</p><p>　　;*****************************************</p><p>　　;* A/D采樣子程序 初始化 *</p><p>　　;*****************************************</p><p>　　

65、AD1: PUSH DPH</p><p><b>　　PUSH </b></p><p><b>　　DPL</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p>　　MOV DPTR,#0C000H;打開 0 通道</p><p&

66、gt;　　MOV A,#08H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV DPTR,#9000H ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p><b>　　SETB EX1</b></p><p><b>　　POP AC

67、C</b></p><p><b>　　POP DPL</b></p><p><b>　　POP DPH</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;*****************************</p>&

68、lt;p>　　;* A/D 574的中斷子程序 *</p><p>　　;*****************************</p><p>　　XAD: PUSH DPH</p><p><b>　　PUSH DPL</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b><

69、;/p><p>　　MOV DPTR,#9002H;讀入高8位結(jié)果放入50H</p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　MOV 50H,A</b></p><p><b>　　INC DPTR</b></p><p>　　MOVX A,@DPTR

70、;讀入低4 位結(jié)果放入51H</p><p><b>　　MOV 51H,A</b></p><p><b>　　CLR EX1</b></p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　POP DPL</b></p&g

71、t;<p><b>　　POP DPH</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　;*********************************************</p><p><b>　　;模擬量采集 *</b></p>&l

72、t;p>　　;*********************************************</p><p>　　MNLCJ: MOV R0,#40H</p><p>　　LCALL AD1 ;第一端口模擬量采集</p><p><b>　　ajmp $</b></p><p><b>　　M

73、OV A,50H</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　MOV A,51H</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b>&